庫爾勒地區深基坑工程支護設計研究

馬 良

(巴州基安巖土工程勘察設計有限責任公司，新疆 庫爾勒 841000)

0 引 言

基坑工程不僅涉及穩定和變形問題，有地下水存在時還需要考慮滲流問題，同時由于基坑工程的區域性、土壓力等的復雜性，基坑支護不僅需滿足強度驗算，且要進行變形控制計算，以減小對周邊環境的影響。龔曉南[1]認為，擋土構件與既有建筑基礎間土體寬度有限時，此時土壓力不能采用傳統的朗肯理論或庫侖理論進行計算。有學者[2，3]預估地表最大沉降為最大墻體側移的0.8倍，與實測結果較為一致。鄭剛等[4]提出基坑開挖對既有隧道變形的影響區大致可簡化為直角梯形形狀。由上述研究可知，基坑工程的區域性、土壓力的選用及考慮基坑對周邊環境的影響是基坑工程設計中重要的內容。本文在歸納總結基坑工程特點的基礎上，著重討論了基坑支護設計中土體參數、土壓力及支護形式的合理選用。并以某一工程為例，按照強度和變形理論進行設計，研究結果可供該地區同類工程參考。

1 基坑工程的特點

基坑工程具有以下9個特點[5]：①影響因素多，土壓力、巖土的本構關系還不完善；②臨時工程，安全儲備較小；③區域性，不同地區的基坑工程具有不同的地區特點[6]；④個性差異，影響因素有工程地質條件、水文地質條件以及周圍環境，因此每個基坑工程具有不同的個性；⑤學科綜合性強，不僅需要巖土工程知識，在用到鋼構件設計時，還需結構工程等相關知識；⑥土壓力復雜，土質、支護形式、內撐布置、周邊等均影響土壓力的計算和分布；⑦時空效應強，基坑壁土體處于不同部位，暴露時間的長短均影響基坑變形和穩定性；⑧基坑工程是系統工程，信息化管理、動態設計、監測與施工成為發展趨勢；⑨環境效應，基坑開挖及降水對周邊環境的影響性評估越來越重要，如何減小基坑工程對周邊環境的影響是當前重要的巖土課題。

當前，基坑工程事故時有發生，筆者認為事故原因主要有四點。①計算模式不合適。②采用的圍護形式超過適用范圍。③未能有效控制地下水，水是基坑工程中最危險因素，很多事故均源于此，最近廣西南寧一基坑坍塌，也與水密切相關，水管爆裂使水壓力劇增。土釘墻支護中降水井不宜布置在坑腳處，而應布置在基坑外側。土體遇水浸泡，土性和強度會有顯著差異。④施工組織不當。基坑工程的發展離不開對其特點的準確把握，并采取針對措施，從而提高基坑工程設計、施工水平，減少基坑工程事故。

2 支護參數和形式的合理選用

2.1 土體參數

基坑側壁穩定性及土壓力大小均與土的抗剪強度參數有關，室內試驗和工程實踐都表明，土的抗剪強度與土體的排水條件有很大關系，相同土樣在同一法向應力的條件下，如果土樣的固結條件和排水條件不同，其抗剪強度指標會存在差異。因此，土體抗剪強度指標的選擇，應以土體實際受力條件和排水條件與試驗條件相一致為原則，即試驗條件應符合土的邊界條件。在基坑工程支護設計時，如果缺乏孔隙水壓力實測值，可采用總應力強度指標以總應力法進行分析。若基坑工程施工速度較快，且地基土層較厚，土體透水性低且排水條件不良時，可采用三軸不固結不排水試驗(或快剪試驗)的結果。如果基坑工程施工速度較慢，地基土層較薄，土體透水性較大且排水條件良好時，可采用三軸固結排水試驗(或慢剪試驗)的結果。如果基坑工程施工條件和工程地質條件介于以上兩種情況之間，可采用三軸固結不排水試驗(或固結快剪試驗)的結果。如有可能，盡量采用三軸試驗的結果。

2.2 土壓力

實際基坑工程中支護結構往往達不到理論計算要求的位移值，實際位移偏小時，計算得到的主動土壓力較實際作用土壓力偏小，結構設計偏不安全。因此土壓力的選用應根據圍護結構實際位移值的大小進行修正。在目前設計計算中，土壓力計算通常采用下述原則：即對黏性土采用水土合算，對砂性土采用水土分算，而實際工程中遇到的土層是比較復雜的，水土分算與水土合算的計算結果往往是不一樣的。所以土壓力計算時除按上述原則，還應根據區域特點進行調整，如廣東多數地區除砂層外，其他土質基本是用水土合算。

2.3 支護形式

如前述內容，基坑支護形式選用不當，容易造成基坑工程事故當周邊環境復雜時，基坑開挖對周邊環境的影響是設計中應重點考慮的因素，如基坑需降水時，滲透力和增加的有效應力均會使得地面下沉，此時應根據實際情況考慮是否需要采取回灌措施，基坑開挖是土體卸載的過程，應力釋放使得周邊2～3倍開挖深度范圍的地面產生變形，此時應根據周邊環境的要求采取相應的支護形式。總之，基坑開挖支護形式的選用應根據周邊環境及變形要求、土質條件、基坑深度、施工可行性、止水效果、經濟性及可持續性綜合確定。根據規范和工程設計經驗，列舉了7中較為常用的支護形式，并對其特點和適用性進行了歸納總結，見表1。

表1 常用支護形式

3 案例分析

3.1 土體參數

擬建場地位于庫爾勒市薩依巴格路南側，濱河路西北側，占地范圍約130 m×80 m，總建筑面積103 062 m2。基坑開挖深度11.5m，周邊環境如圖1所示。

圖1 基坑位置及周邊環境

3.2 巖土工程條件

各土層巖性特征描述如下，勘察中地下水位埋深為現自然地面23.81～24.28 m，潛水，年均正常水位變幅1.0 m。由于基坑施工速度快，無地下水影響，因此采用快剪獲得巖土體強度指標，巖土參數見表2[7]。

表2 巖土物理力學指標

3.3 支護設計

如圖1所示，基坑深11.5 m，周邊建筑和道路處于基坑開挖主要影響區，對變形敏感，因此基坑設計不僅需進行強度驗算，同時需進行變形控制驗算，變形控制在30 mm內。土體參數選用表2所列，無須考慮地下水的影響，根據規范[8]和本地區工程設計經驗，土壓力采用主動土壓力，結合技術可行性及經濟性，選用樁-錨支護形式，其受力可靠合理，在卵石層中成樁技術可行，控制變形滿足要求，典型設計剖面如圖2所示，經過后續施工監測，樁體和放坡頂土體安全穩定，樁頂水平位移最大8.8 mm，周邊建筑、道路沉降最大2.1 mm，未影響周邊建筑和道路的正常使用。

圖2 典型基坑支護設計剖面

4 結 論

本文通過討論基坑工程的特點、圍護設計中土體參數、土壓力、圍護形式的合理選用以及基坑開挖對周邊環境的影響,以庫爾勒市某基坑工程為例，利用強度和變形控制理論，對該基坑進行支護設計，主要結論如下：

(1)基坑工程具有9個特點，應準確把握，針對處理。

(2)土體參數、土壓力及支護形式選用應根據土體邊界條件、周邊環境等綜合確定。

(3)根據現場樁體的穩定性和變形情況，說明基坑支護中土壓力選用較符合實際。支護選型合理，滿足強度和變形要求，對周邊環境的影響滿足規范要求。